عندما يتجمد المذيب ، تصبح جزيئات هذا المذيب مرتبة بشكل أكبر. تصبح القوى بين الجزيئات التي تعمل على هذه الجسيمات أكثر "ديمومة" لأن الجسيمات أصبحت الآن أقرب من بعضها البعض. على سبيل المثال ، عندما يتجمد الماء في جليد ، فإن الروابط الهيدروجينية التي تمنح الماء العديد من خصائصه الفريدة تجعل شبكة سداسية الشكل من الجزيئات المتأصلة في بنية الجليد.
إذن ماذا يحدث عند إضافة مادة مذابة إلى الماء أو مذيب نقي؟ تؤدي إضافة المذاب إلى تعطيل ترتيب جزيئات المذيب. هذا يعني أنه يجب إزالة المزيد من الطاقة من المحلول لتجميده.
على سبيل المثال ، عندما يضاف الملح إلى الماء ، فإن الأيونات الناتجة في الماء تعطل الشبكة المعتادة للروابط الهيدروجينية التي تتكون عند التجميد. نتيجة لذلك ، تكون نقطة تجمد المحلول أقل مما هي عليه بالنسبة للمذيب النقي. وهذا ما يسمى بانخفاض نقطة التجمد.
تحديد انحدار نقطة التجمد
يتناسب النقص في درجة التجمد طرديًا مع مولالية المادة المذابة:
في هذه المعادلة ، كF هو ثابت انخفاض نقطة التجمد الجزيئي ، و m هو مولالي المذاب. تذكر، مولالي هو عدد مولات المذاب لكل كيلوغرام من المذيب. عامل van't Hoff هو i الذي يتعلق بعدد الأيونات في المحلول لكل جزيء مذاب من المذاب. على سبيل المثال ، سيكون هذا 2 لكلوريد الصوديوم.
يعني هذا في الأساس أنه كلما زادت نسبة الذوبان ، زاد الانخفاض في درجة حرارة التجمد.
انخفاض نقطة التجمد يتم تعريفها من خلال نقطة تجمد المذيب النقي مطروحًا منها نقطة تجمد المحلول المعني:
يسمح لك هذا بالعثور على نقطة التجمد الجديدة مقارنة بالمذيب النقي.
لماذا يعتبر انخفاض درجة التجمد مفيدًا؟
أكثر تطبيقات العالم الحقيقي شيوعًا لانخفاض درجة التجمد هما طرق التجمد والتمليح في الشتاء.
الإيثيلين جلايكول مركب يستخدم غالبًا في مضاد التجمد لأنه عند إضافته إلى الماء ، تقل نقطة تجمد الماء. يمكن أن يساعد ذلك في ضمان عدم تجمد الماء الموجود في مشعاع سيارتك.
عند إضافة الملح إلى الطريق في الشتاء ، يذوب الجليد عند درجة حرارة منخفضة ، مما يجعله أكثر أمانًا لأنه لن يكون هناك الكثير من الجليد على الطريق.
ألق نظرة على المثال التالي ، والذي يوضح كيف أن إضافة الملح إلى الماء سيؤدي إلى انخفاض درجة تجمد المحلول.
ما درجة حرارة التجمد لمحلول تمت فيه إضافة 100 جرام من كلوريد الصوديوم إلى كيلوغرام واحد من الماء؟ بمعنى آخر ، ما هي درجة تجمد المياه المالحة؟
يمكنك الاستفادة من المعادلة التالية:
يعتبر حرف KF للمياه 1.86 درجة مئوية / م. يمكن العثور على هذا الرقم في جدول مثل ذلك الموجود في المرجع الأول. نظرًا لأن كلوريد الصوديوم يتفكك إلى أيونيين ، فإن عامل van't Hoff هو 2. أخيرًا ، تحتاج إلى حساب مولالية المحلول.
للقيام بذلك ، ستحتاج أولاً إلى تحويل جرامات كلوريد الصوديوم إلى مولات:
الآن ، سوف تحتاج إلى قسمة مولات كلوريد الصوديوم على كتلة المذيب لإيجاد المولالية:
بعد ذلك ، يمكنك التعويض عن ذلك في المعادلة التالية:
وبالتالي:
كما،
الآن ، يمكنك استخدام معادلة انخفاض نقطة التجمد لإيجاد نقطة التجمد الجديدة للحل. (تذكر أن درجة تجمد الماء النقي هي 0 درجة مئوية).
وبالتالي:
وبالتالي ، فإن إضافة 100 جرام من الملح إلى 1 كيلوجرام من الماء سيقلل من درجة التجمد إلى -6.4 درجة مئوية.
نصائح
تكون نقطة تجمد المحلول دائمًا أقل من نقطة تجمد المذيب النقي. هذا يعني أنه يجب إحضار المحلول إلى درجة حرارة منخفضة حتى يتجمد. هذا يعني أيضًا أن الذوبان يحدث عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة المذيب النقي.